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1、42锻压机械2ö19993金属管件复合成形胀形系数的研究250061济南市山东工业大学王同海赵新海赵国群摘要利用刚塑性有限元法分两种情况对凸筋类金属管件复合成形工艺(缩口-轴压-胀形)中影响胀形系数的因素进行了分析。得出了各种因素对胀形系数的影响趋势,最后给出了提高胀形系数的方法。StudyonthebulgingcoefficientofacompoundformingprocessforametaltubejunctionUsingtherigid-plasticfiniteelementmethod,theinflu
2、encingfactorsonbulgingcoefficientofacompoundformingprocessforametaltubejunctionareanalyzedinthispaper.Theresearchesonthebulgingcoefficientarecarriedoutintwoaspects.Theinfluencingofthefactorsareobtained.Atlast,themethodsofraisingthebulgingcoefficientaregiven.叙词有限元复
3、合成形胀形系数1引言胀形系数K是表示胀形变形程度的参数,定义凸筋类管件是一种常用的工业基础件,在机械、为K=dmaxöd0,其中dmax表示胀形后的最大直径,d0化工、轻工等部门得到了广泛的应用。本文作者在文表示胀形前的直径。胀形成形极限是指许可的胀形献[1,2]中提出了一种缩口-轴压-胀形复合成形系数最大值,主要与材料的力学性能、料厚、模具结工艺,分析了该工艺的模具结构和材料变形,并利用构参数、管坯尺寸及润滑条件有关。如果胀形系数过刚塑性有限元法对其成形过程及管件尺寸一定时成大,超过了材料允许的胀形成形极限,工件就会发生
4、形过程中产生弯曲现象的原因及影响因素进行了分破裂。析。本文对该工艺进行了改进,把缩口、胀形和整形缩口-轴压-胀形复合成形工艺过程是由缩口三个单一工序合并在一个工序中完成,即将图1a所(将预制管坯的锥体部分收缩成筒体)和轴压-胀形示的经过缩口的预制管坯一次成形为图1b所示的两个变形阶段组成的,而轴压-胀形阶段是整个复形状。因而具有生产效率高、产品质量好等特点,已合成形过程中最重要的阶段。因此,在该复合成形工在生产中获得了良好的技术经济效益。艺中,对影响胀形系数的各种因素进行分析是很有必要的。本文采用刚塑性有限元法,分两种情况
5、对影响胀形系数的各种因素进行分析。2影响因素211管坯尺寸一定的情况图1复合成形示意图当管坯(此处的管坯是指图1a所示的缩口前管(a)经过缩口后的管坯(b)经过坯,即原始直管坯)直径、壁厚和高度一定时,影响胀复合成形后的工件形系数的主要因素有缩口半锥角、摩擦因子和模具的结构参数等。下面是利用刚塑性有限元法,以3山东省自然科学基金资助项目<22mm×1.6mm×42mm的管坯为例,对以上各个收稿日期:1998—12—21因素进行模拟分析得到的结果。热源立即被冷却,从原理上可改善温度场形态,但目1赵志业,王国栋1现代塑性加工力
6、学1沈阳:东北大学出版社,19861前实施仍有困难(可能会造成加热区温度不足)。因2孔祥谦1有限单元法在传热学中的应用1北京:科学出版社,此,合理选择速度条件是避免波浪效应的可行途径。19861参考文献试验研究——金属管件复合成形胀形系数的研究43图2是缩口半锥角对胀形系数的影响曲线。由的接触面积增大,这有利于胀形的进行;另一方面,图中曲线可以看出,随着缩口半锥角A的增大,胀形凹模圆角半径r的减小,使金属流动变得困难,因而系数逐渐增大。这主要是由于随着A增大,工件所受又不利于胀形的进行。由于存在这两方面的影响,于是出现了图
7、中所示的情况。因此,为提高胀形系数,应取r≤015mm。图5表示垫块高度对胀形系数的影响。由图5可以看出,随着垫块高度h的增加,胀形系数先是逐渐减小,然后趋于平缓。这主要是因为管坯中部向外鼓出时,管坯两端势必向内发生一定的弯曲,而垫块则起着从管坯内部对管端壁部的支撑作用,它阻碍图2缩口半锥角对胀形系数的影响了管坯底部的弯曲,也就影响到中部管坯的向外鼓的沿模具径向的分力也随着增大,因而胀形系数也出,因而降低了胀形系数。当垫块高度h增加到一定得到了提高。但同时还应注意到,在同样尺寸的情况程度后,其高度的继续增加对胀形系数几乎没
8、有影下,所得缩口部分的直壁高度却是逐渐减小的。因响。因此,为增加胀形系数,取h≤3mm为宜。此,若采用较大的缩口半锥角A,就应适当增加管坯的长度,以确保最终的工件尺寸符合要求。图3是摩擦因子对胀形系数的影响。由图易见,随着摩擦因子m的增加,胀形系数是增加的,这主要与该复合成形的变形机理有关。由于胀形部分
